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C++的IO流與STL的空間配置器詳解

更新時間：2026年05月20日 09:41:01 作者：青瓦夢滋

這篇文章給大家介紹C++的IO流與STL的空間配置器的相關(guān)知識,本文結(jié)合實例代碼給大家介紹的非常詳細(xì),對大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價值,需要的朋友參考下吧

C++的IO流

在C++中，輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)用的是 cin >> 和 cout << ,cin的>>表示設(shè)備的數(shù)據(jù)流入對應(yīng)變量，cout的<<表示對應(yīng)變量數(shù)據(jù)流出到設(shè)備，因此這種輸入輸出的過程被形象的比喻為“流”。

istream/ostream

cin是標(biāo)準(zhǔn)庫中定義的istream類型的全局對象;cout是標(biāo)準(zhǔn)庫中定義的ostream類型的全局對象

iostream繼承了istream和ostream，因此用iostream實例化的對象可以輸入+輸出

它們調(diào)用的>>、<<本質(zhì)上是調(diào)用的operator>>()與operator<<()方法

int x;
cin >> x;
cin.operator>>(x);//與上面等價
cout << x;
cout.operator<<(x);//與上面等價

cout和cin不需要向C語言的scanf和printf一樣手動指定類型，是因為cin的>>，cout的<<對每個內(nèi)置類型都做了重載

int x;
while(cin >> x)
{
    //
}

對于上面代碼，可以保證有數(shù)據(jù)時一直循環(huán)，當(dāng)輸入 Ctrl + Z （EOF標(biāo)志）時再跳出循環(huán)，這本質(zhì)是得益于istream類重載的 operator bool 方法，允許流對象在布爾上下文中自動轉(zhuǎn)換為bool值(istream的>>重載原本返回的是istream&類型)

ifstream/ofstream

ifstream 和 ofstream 是C++中用于文件IO流的兩個類，前者僅可以讀取，后者僅可以寫入，若想讀取+寫入可以用 fstream

//模式默認(rèn)是out，即以輸出模式打開
ofstream ofs("text.log"/*,ios::out*/);//fopen("text.log","w");
ofs << "eee";//向文件中寫入
ofs.close();//關(guān)閉文件
//模式默認(rèn)是in，即以輸入模式打開
string str;
ifstream ifs("text.log"/*,ios::in*/);//fopen("text.log",r);
ifs >> str;//讀取到str中
cout << str;

若不在構(gòu)造函數(shù)中指定文件，也可以后續(xù)用 open() 方法

ofs.open("text.log"/*,ios::out*/);
ifs.open("text.log"/*,ios::in*/);

需要注意的是，ofstream的<<只會寫入文本，例如ofs << 123，寫入的也是1,2,3的ASCII碼

而ofstream的 write() 方法可以寫入二進(jìn)制碼，例如ofs.write(123)，寫入的是4字節(jié)二進(jìn)制值：
0x7B 0x00 0x00 0x00（小端序）

ifstream的>>也只會讀取文本，若寫入時是以二進(jìn)制寫入，讀取也需要以二進(jìn)制讀取，可以用 read() 方法，但要用read讀取就必須在打開文件時指定模式 ios::binary ，表示以二進(jìn)制方式打開。

ifstream/ofstream的>>/<<的優(yōu)點就是，在想以字符串格式寫入數(shù)字型數(shù)據(jù)時，不需要先把數(shù)字轉(zhuǎn)換成字符串(例如tostring())

info student("張三",20);
ofstream ofs("text.log");
ofs << student._name << endl;
ofs << student._age << endl;//不需要轉(zhuǎn)成字符串再傳入
ofs.close();
info s;
ifstream ifs("text.log");
ifs >> s._name;
ifs >> s._age;
cout << s._name << ' ' << s._age << endl;

ps: fstream繼承自iostream，而iostream又繼承了ifstream和ofstream，因此fstream實例化的對象可讀可寫

istringstream/ostringstream

istringstream/ostringstream類用于將整型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串(例如itoa(),tostring()等)或?qū)⒆址D(zhuǎn)換為對應(yīng)數(shù)據(jù)類型,前者可以從字符串中讀取數(shù)據(jù)（輸入流），常用于字符串解析和類型轉(zhuǎn)換，后者用于向字符串寫入數(shù)據(jù)（輸出流），常用于格式化拼接和類型轉(zhuǎn)換

若要將不同類型的數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)為字符串，就可以用 ostringstream 向字符串寫入數(shù)據(jù)

若要將字符串再分割為基本類型，就可以用 istringstream

//序列化（轉(zhuǎn)換為字符串）
info student("張三",20);
ostringstream ost;
ost << student._name << endl;
ost << student._age << endl;
//反序列化（從字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)）
info st;
istringstream ist;
ist.str(ost.str());
ist >> st._name >> st._age;
cout << st._name << ' ' << st._age << '\n';

ps: stringstream繼承自iostream，而iostream又繼承了istringstream和ostringstream，因此stringstream是支持讀寫的雙向流，可解析可拼接

該對象常用于網(wǎng)絡(luò)字符串拼接與解析

空間配置器

STL的空間配置器簡單來說是內(nèi)存池，負(fù)責(zé)在容器申請內(nèi)存時分出內(nèi)存，這避免了頻繁申請內(nèi)存導(dǎo)致的效率開銷問題。空間配置器本質(zhì)也是以空間換時間的策略，因為池化技術(shù)的缺點就是不用時也會占用資源?？臻g配置器分為一級空間配置器二級空間配置器

一級空間配置器

一級空間配置器就是malloc和free的封裝，并處理失敗拋異常機(jī)制。

在malloc開辟失敗時，會先檢測使用者有無設(shè)置失敗的處理函數(shù)（一個函數(shù)指針），如果有就執(zhí)行，否則拋異常。默認(rèn)情況下沒有設(shè)置該失敗的函數(shù)指針句柄，即跟operator new基本一樣，失敗拋異常

要申請超過128字節(jié)的內(nèi)存時，才會使用一級空間配置器，若在128字節(jié)以內(nèi)，會用二級空間配置器

二級空間配置器

二級空間配置器即為內(nèi)存池

當(dāng)容器申請內(nèi)存時，內(nèi)存池就分給容器對應(yīng)字節(jié)的內(nèi)存。但當(dāng)容器用完內(nèi)存時，不能單獨釋放這一小塊內(nèi)存，當(dāng)時申請的多大內(nèi)存就要釋放多大內(nèi)存，為了管理這些用完的內(nèi)存，二級空間配置器加入了哈希桶（開散列）

索引以8字節(jié)為間隔，到128字節(jié)，當(dāng)容器將內(nèi)存還回來時，就會根據(jù)大小選擇掛在哪個索引下面，當(dāng)后續(xù)有容器想要申請內(nèi)存時，就會先從哈希桶內(nèi)查找有無匹配的內(nèi)存